Коэффициент преобразования существенно зависит от температурных границ цикла. Его значение тем больше, чем выше температура источника и чем ниже температура потребляемого тепла. Поэтому для теплонасосных систем предпочтительнее выбирать теплоисточники с более высокой температурой, а системы теплопотребления - с наименьшей температурой теплоносителя (низкотемпературные системы).
В качестве природных низкотемпературных источников для тепловых насосов могут рассматриваться наружный воздух, грунт, поверхностные и подземные воды, солнечная радиация.
Наружный воздух. Наибольшее распространение получили тепловые насосы типа «воздух-воздух», в которых наружный воздух является источником тепла, а внутренний - потребителем тепла. К достоинствам таких систем следует отнести простоту устройства и меньшую стоимость оборудования. Все компоненты могут собираться в один агрегат либо выполняться раздельно, когда конденсатор находится на значительном расстоянии от испарителя.
Применение тепловых насосов здесь обычно ограничивается температурой наружного воздуха (-3) -(-5) °С. Для обеспечения теплового режима внутри помещений при более низких температурах наружного воздуха должен быть предусмотрен дополнительный источник тепла, чаще всего электрический.
Вода. Из водных источников наиболее предпочтительна вода из скважин, имеющая в течение года практически постоянную температуру (около 10 °С) и позволяющая за счёт этого получать высокие коэффициенты преобразования (КОП>3). Использование поверхностных водоемов (озер и рек) в климатических условиях России менее перспективно, поскольку из-за низкой температуры воды в водоеме зимой, возможно ее замерзание в испарителе, и, кроме того, значение коэффициента преобразования оказывается меньше 3.
Грунт. Извлечение тепла из грунта может осуществляться горизонтальными или вертикальными трубчатыми теплообменниками, через которые прокачивается, как правило, незамерзающая жидкость (антифриз).
Горизонтальные теплообменники выполняются из змеевиков труб, уложенных на глубине 1-3 м с шагом около двух метров на площади несколько сот квадратных метров. Теплосъем на погонный метр может достигать 20-25 Вт/м (в среднем около 10 Вт/м). Большие цифры соответствуют водонасыщенным грунтам. Устройство таких теплообменников сопряжено с большими единовременными затратами и техническими проблемами.
Вертикальные грунтовые теплообменники в виде скважин с U-образными трубками обеспечивают гораздо больший теплосъем (до 10 кВт со скважины), практически не занимая полезной площади вокруг здания.
Солнечная радиация. Использование тепловых насосов в системах солнечного теплоснабжения позволяет, с одной стороны, в 1,5-1,7 раза сократить площадь теплоприемников, а с другой - повысить коэффициент преобразования тепловых насосов до 4-4,5.
К недостаткам последних следует отнести необходимость установки аккумуляторов тепла, а также дублирующего теплогенератора для теплоснабжения при низких наружных температурах и слабой солнечной радиации.
Рис. 5.5. Пример комплексного использования природного и сбросного тепла.
1 - вытяжные шахты; 2 – теплоутилизатор; 3 – вентилятор; 4 - расширительный бак; 5 - испаритель; 6 – компрессор; 7 - бак-аккумулятор; 8 – конденсатор; 9 - теплообменник на сточных водах; 10 - система грунтового теплосъема.
Сбросное тепло. При организованном выбросе вытяжного воздуха из жилых зданий с помощью тепловых насосов можно утилизировать его теплоту либо на центральный подогрев приточного воздуха, либо на горячее водоснабжение. При этом достигается высокий коэффициент преобразования (>3,5), а степень замещения тепловой нагрузки может превысить 50 %.
Источником низкопотенциального тепла также могут являться сточные воды с температурой от +25 до +5°С (например, бани, плавательные бассейны, технологические стоки промышленных предприятий).
Повышение теплозащитных свойств ограждений до требований СНиП II-3-79* (2-й этап), применение герметичных световых проемов, с одной стороны, увеличивает удельный вес расхода тепла на вентиляцию, а с другой стороны, требует организованного притока свежего воздуха.
В этом случае целесообразно применение воздушных систем отопления, совмещенных с приточно-вытяжной вентиляцией. В таких системах подогрев приточного воздуха может осуществляться с помощью воздухо-воздушных тепловых насосов. Они могут быть центральными или местными (для отдельных квартир или помещений).
Традиционные радиаторные системы отопления в меньшей мере подходят для установок с тепловыми насосами, поскольку рассчитаны на температуру горячей воды 95-105 °С. При таких параметрах коэффициент преобразования не превышает 2, а уменьшение расчетной температуры в системе связано с резким увеличением поверхности приборов. Лучшими энергетическими показателями отличаются системы панельно-лучистого отопления (теплые полы) с температурой горячей воды
Рис.5.6. Принципиальные схемы использования водоносного слоя.
а - одиночного водогрунтового;
b - с одной вертикальной скважиной при вибрационном переносе тепла в водоносном слое;
c - с дуплетным расположением скважин.
1 - вертикальная скважина; 2 - теплообменник для защиты системы теплоснабжения от засорения механическими примесями и от накипеобразования; 3 - водоносный слой; 4 - вертикальный тепловой фронт; 5 - возмущающее устройство.
40-50°С (КОП>З), которые широко применяются в современном строительстве.
Пример комплексного использования природного и сбросного тепла с использованием теплонасосной установки приведен на рис. 5.5.
5.4. Аккумуляторы тепла в поливалентных системах.
Аккумуляторы тепла (AT) предназначены для выравнивания во времени несоответствия между выработкой и потреблением тепла. В поливалентных системах теплоснабжения они сглаживают суточные и сезонные колебания графика нагрузок, обеспечивают резерв при внезапном отключении источника тепла, позволяют снизить установленную мощность энергоустановок, повышают энергетическую безопасность систем. Наибольшее применение находят суточные аккумуляторы теплоты (от 6-12 часов до 10 суток). Вместе с тем в последнее время наблюдается тенденция создания сезонных аккумуляторов (от 10 суток до нескольких месяцев). В качестве аккумулирующей среды в них применяют природные и искусственные материалы, тепло фазового перехода различных веществ (табл. 5.1). В жилищном строительстве в качестве аккумулирующих материалов чаще всего используют воду, естественные и искусственно созданные материалы твёрдых пород. В большинстве случаев предпочтительнее использовать воду, так как она имеет высокую теплоёмкость и низкую стоимость.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.